Назва реферату: Космічна ракета
Розділ: Астрономія, авіація, космонавтика

Космічна ракета

КОСМІЧНА РАКЕТА — багатоступінчаста ракета для виведення космічних апаратів (штучних супутників Зем­лі, АС, космічних кораблів) на орбіту супутника Землі чи міжпланетну трасу. Вона — єдиний засіб проникнення в космічний простір, найдосконаліший витвір рук людини, що тримає сьогодні рекорд швидкості й дальності польоту. Принцип реактивного руху, відомий ще з давніх-давен, лю­дина Землі використала для проникнення в космічний про­стір лише в XX ст. саме завдяки створенню космічної ракети. Ідею використання космічної ракети як засобу космічного польоту подав і науково обґрунтував наш гені­альний співвітчизник K. Е. Ціолковський.

Космічна ракета, або «ракетний поїзд», як називалась вона у Ціолковського, являє собою сукупність ракет-ступенів, що в міру витрати палива автоматично чи за коман­дою з Землі відокремлюються від ракети, звільняючи її від зайвого вантажу. В польоті ракети-ступені працюють послідовно. Гігантську ракету-стрілу відриває від землі стартовий перший ступінь. Він найпотужніший, адже на нього припадає найбільше навантаження — подолати яко­мога швидше найгустіші шари земної атмосфери. На ви­соті кількох десятків кілометрів його паливні баки пусті­ють, двигуни стихають, і він відокремлюється від ракети, виконавши свою частку праці. Вступає в дію другий сту­пінь, і після закінчення роботи він теж відокремлюється, передаючи космічну естафету на включення двигунів на­ступного ступеня. I так, поки не буде досягнуто швидкос­ті, потрібної для виведення космічного апарата на трасу польоту.

Саме за допомогою космічних ракет людина вступила у двобій з силами земного тяжіння і перемогла. А наскіль­ки надійний її помічник у цьому, свідчать такі цифри. Потужність ракети, що вивела на орбіту космічний корабель «Восток-1» вагою 4725 кг, становила близько 15 млн. квт. Це майже у 25 раз більше, ніж потужність Дніпровської ГЕС. Загальна довжина ракети-носія «Восток» становила 38 м, а діаметр її біля основи — понад 10 м.

На початку польоту космічна ракета рухається строго вертикально, потім її траєкторія викривлюється за напе­ред наміченою програмою. Та частина траєкторії, на якій ще працюють ракетні двигуни, називається активною ділянкою (ділянкою розгону), після неї починається пасив­на ділянка, де рух в основному визначається лише граві­таційними силами.

— А навіщо взагалі робити ракету багатоступінчас­тою? — спитаєте ви. — Хіба не можна створити таку одну велику потужну ракету, яка б розігнала космічний апарат хоча б до першої космічної швидкості? Виявляється, що ні. Можливості одноступінчастої ракети строго обмежені. I перший це зрозумів Ціолковський. Він навіть вивів фор­мулу для швидкості v, яку розвиває ракета:

де c — швидкість витікання газів, m0 — початкова маса ракети, m — кінцева. 3 цієї формули випливає, що для до­сягнення швидкості 8 км/сек потрібно, щоб або c = = 6,4 км/сек, або  = 45, тобто, щоб стартова вага ракети перевищувала кінцеву в 45 раз. I це без урахування ат­мосфери та сил тяжіння, які аж ніяк не можна нехтува­ти. Та й швидкості витікання у сучасних реактивних дви­гунів становлять лише 2,5—3,5 км/сек, чого явно не до­сить. Отже, єдино правильним лишається будувати складе­ні ракети, які поступово розганятимуть апарат до першої чи другої космічної швидкості. Швидкості реактивного струменя сьогоднішніх ракетних двигунів досить, щоб трьома або чотирма ступенями здійснити запуск штучного супутника Землі чи міжпланетного корабля [41]. Ми є свід­ками стартів космічних ракет, що несуть у безодню кос­мосу корисні вантажі (кораблі, станції тощо) вагою в кілька десятків тонн [40, 54].

КОСМІЧНА СТАНЦІЯ — штучний супутник Землі або іншого небесного тіла, пристосований для проведення різ­номанітних наукових досліджень. По суті космічні стан­ції c науково-дослідними лабораторіями багатоцільового призначення, форпостами науки в безмежних просторах космосу. Станції-супутники дають змогу вивчати проце­си і явища в земній атмосфері, вони, зокрема, відкрили радіаційний пояс та геокорону Землі; їх використовують для розв'язання завдань навігації, метеорології, астроно­мії, геофізики, далекого радіо- та телезв'язку тощо. А важ­кі станції-супутники вже сьогодні стали стартовими пло­щадками для запуску космічних ракет з АС до інших пла­нет та Місяця, являючи собою прообраз майбутніх проміжних баз міжпланетних сполучень.

Особливо цінні позаземні орбітальні станції, траси яких проходять за межами густих шарів атмосфери. Такі станції-обсерваторії, оснащені звичайною наземною астроно­мічною апаратурою (телескопами, спектрометрами, коро­нографами тощо), вже значно розширили можливості наук, що вивчають космос. Широкий комплекс досліджень проведено такими космічними станціями-супутниками, як «Електрон», «Протон», «Космос». Багато космічних трас освоїли автоматичні міжпланетні станції «Венера», «Марс», «Зонд», «Луна», «Марінер» та ін.

Великого значення тепер набуває створення заселеної позаземної станції-супутника. Такими станціями в міні­атюрі е вже сьогодні пілотовані космічні кораблі-супутники. Висунуто багато проектів великих заселених станцій— свого роду острівців життя у безмежних просторах кос­мосу, — монтаж яких здійснюватиметься на орбіті части­нами. I шлях до цього вже прокладено. Стикування кос­мічних апаратів на орбіті є початком будівництва у космо­сі. Першу таку діючу «споруду» у космосі було створено 16 січня 1969 p. під час спільного польоту радянських кос­мічних кораблів «Союз-4» і «Союз-5». В результаті їх сти­кування на орбіті була складена і почала функціонувати перша в світі експериментальна космічна станція з чо­тирма відсіками для екіпажу.

А 7 червня 1971 p. внаслідок стикування транспортно­го космічного корабля «Союз-11» з орбітальною науковою станцією «Салют» була створена і почала функціонувати перша пілотована орбітальна наукова станція. Вперше було розв'язано завдання доставки екіпажу транспортним кораблем на борт наукової станції — супутника Землі. За­гальна вага космічної системи «Салют—Союз-11» стано­вила понад 25 т, об'єм приміщень — більше 100 куб. м. Екіпаж станції в складі космонавтів Г. Т. Добровольського, В. М. Волкова та В. I. Пацаєва виконав важливі нау­ково-технічні дослідження й експерименти [36, 41, 58].

КОСМІЧНИЙ ЛІТАЛЬНИЙ АПАРАТ (КЛА) - за­гальна назва апаратів для польотів у космосі. Космічними літальними апаратами c штучні супутники Землі та Міся­ця, космічні кораблі, автоматичні станції, космічні ракети та ракети-носії [32, 53].

КОСМІЧНИЙ КОРАБЕЛЬ (KK) - літальний апарат для польотів у космос людини. Від інших типів космічних літальних апаратів KK відрізняється наявністю герметич­ної кабіни з життєзабезпечення системою. Космічними ко­раблями є апарати «Восток», «Восход», «Союз», «Мерку­рій», «Джеміні», «Аполлон». Ось, наприклад, яким був перший радянський космічний корабель «Восток-1», що на ньому перший космонавт планети Ю. 0. Гагарін здійс­нив космічний політ навколо Землі [41].

«Восток-1» складався з двох основних частіш — спуск­ного апарата, яким була кабіна космонавта з системами життєзабезпечення і приземлення, та приладового відсіку з гальмовою установкою та бортовою апаратурою. Керування кораблем здійснювалось автоматично, проте в разі потреби керувати ним міг би і сам космонавт. Зовнішня поверхня кабіни вкрита теплозахисним шаром, а три ілю­мінатори її мають жароміцні стекла. Кабіна мала також три люки. Вона досить простора. В центрі її містилося крісло космонавта — його робоче місце в польоті; в ньому він сидів, лежав, спав.

Крісло — складний пристрій, пристосований для бага­тьох цілей. У кріслі містились аварійні запаси їжі, радіо­апаратура, запас кисню, вентиляція, за допомогою якої по­вітря проштовхувалося через скафандр і виносило виділе­не організмом тепло тощо. Його встановлено так, що пере­вантаження як правило діяли на космонавта в напрямі «груди—спина». Прямо перед космонавтом — глобус, що довільно обертався, вказуючи, в якому місці над земною кулею перебуває космонавт. Одягнено космонавта в ска­фандр, який мав захистити його в разі розгерметизації ка­біни. Температура в кабіні корабля, тиск, газовий склад («атмосфера» корабля) такі самі, як і на землі. Корабель — це маленький світ, острівець життя, який пливе по орбіті навколо Землі. Телеметрична апаратура уважно прислухається до пульсу й дихання космонавта, вимірює тиск його крові і по радіоканалах передає на землю лікарям.

Складне господарство «Востока-1». Тут численні систе­ми — життєзабезпечення, контролю, ручного керування, приземлення, орієнтації, джерела енергоживлення, пара­шутні системи, пристрій для катапультування тощо. А те­левізійна система давала змогу спостерігати за космонав­том з Землі. Особливу увагу приділено гарантуванню без­пеки польоту і повернення. Якби вийшли з ладу автома­тичні пристрої, що керують спуском, космонавт міг би перейти на ручне керування системою орієнтації та гальмо­вими двигунами. Для більшої надійності передбачалась також можливість природного гальмування в атмосфері під час спуску. Тому запаси їжі, води та ін. були розраховані на 10 днів.

Більш досконалим є корабель «Союз». Він складається з таких основних відсіків: орбітального відсіку, кабіни космонавта і приладо-агрегатного відсіку. Орбітальний від­сік є науковою лабораторією, де космонавт провадить нау­кові дослідження і відпочиває. Зокрема тут він виконує необхідний комплекс фізичних вправ, приймає їжу, спить. Відсік має чотири ілюмінатори.

Кабіна космонавта, або спускний апарат, призначена для розміщення екіпажу під час виведення корабля на ор­біту, маневрування на орбіті та під час спуску. Вона спо­лучається з орбітальним відсіком, розміщеним у передній частині корабля, за допомогою люка. Завдяки зовнішньому теплозахисному шару і внутрішньому теплоізоляційному температура в кабіні на момент посадки не перевищує 25—30°С. В кабіні розміщено крісло космонавта, радіоапа­ратуру зв'язку, прилади керування, в спеціальних контей­нерах — основну й запасну парашутну системи. На кор­пусі встановлено двигуни системи керування спуском і двигуни м'якої посадки. Безпосередньо перед пілотом встановлено пульт керування кораблем. Обладнання кораб­ля забезпечує можливість пілотувати корабель без участі наземного командного комплексу. Під час польоту в ко­раблі можна перебувати у звичайному легкому одязі, без скафандрів. Порівняно з кабінами попередніх кораблів ка­біна «Союза» має ряд переваг. Зокрема, її форма забезпе­чує при польоті в земній атмосфері аеродинамічну підйом­ну силу, що робить спуск корабля керованим.

Приладо-агрегатний відсік призначений для розміщен­ня апаратури та обладнання основних систем корабля і ру­шійних установок (агрегати систем терморегулювання, енергоживлення, орієнтації і керування рухом тощо). Са­ме тут міститься рушійна реактивна установка, яка вико­ристовується для виконання маневрів на орбіті (до висоти 1300 км) та для спуску корабля на землю. Два двигуни її (основний і дублюючий) мають силу тяги по 400 кг кожний.

На приладо-агрегатному відсіку встановлено сонячні батареї з корисною площею 14 м2 і основні антенно-фідер-ні пристрої, які забезпечують надійний зв'язок з наземни­ми службами. Загальний об'єм робочих відсіків корабля досить значний — близько 9 м3.

Корабель «Союз» оснащено системою автоматичного стикування, яку двічі успішно перевірено під час парних польотів супутників «Космос». Конструкція корабля на­дійно захищає екіпаж від дії космічної радіації.

«Союз» — комфортабельний корабель, з широкими маневреними можливостями, обладнаний надійними система­ми та раціональний своєю конструкцією [36, 54].

КОСМІЧНІ КОРАБЛІ-СУПУТНИКИ – назва п'яти важких автоматичних штучних супутників Землі, запуще­них у Радянському Союзі в 1960—1961 pp. з метою відпра­цювання й перевірки всіх систем корабля, що забезпечу­ють політ людини в космос та повернення її на Землю. Останнє досягається тим, що на цих супутниках встанов­лено ще гальмову рушійну установку, яка забезпечує їх спуск і успішне приземлення в заданому районі.

Перший космічний корабель-супутник було запущено 15 травня 1960 p. з метою відпрацювати виведення кораб­ля на орбіту, забезпечення нормальної роботи системи кондиціонування повітря в кабіні, перевірки роботи систем стабілізації, орієнтації, гальмової установки, сонячних ба­тарей, радіозв'язку, спуску корабля тощо. На борту кораб­ля було встановлено герметичну кабіну вагою близько 2500 кг з вантажем, що імітував вагу людини, і з усім об­ладнанням, необхідним для майбутнього польоту людини, а також різноманітну апаратуру. 19 травня 1960 p. після перевірки надійності функціонування кабіна була відо­кремлена від корабля, разом з ним увійшла в густі шари атмосфери й припинила своє існування.

В результаті було одержано значний матеріал для май­бутнього керованого польоту людини у космос. Основні по­ложення, прийняті при створенні космічного корабля, вия­вились правильними. Запуском першого корабля-супутника почалося здійснення великої й складної програми ство­рення космічних кораблів для польоту людини у космос.

Другий космічний корабель-супутник запущено 19 серпня 1960 p. Завданням було вдосконалити системи жит­тєзабезпечення та повернути корабель на Землю. В кабі­ні, обладнаній всім необхідним для майбутнього польоту людини, знаходились піддослідні тварини — білі пацюки, чорні і білі миші в клітках, двоє собак — Бєлка й Стрєлка — в катапультовному контейнері, кілька сот мух, дві посудини з рослинами, насіння цибулі, пшениці, кукуру­дзи, посудини з грибами, водорість хлорела тощо.

Собаки мали «інформувати» про свій стан на всіх ета­пах польоту. Їx поведінку можна було спостерігати на телеекранах. Це був перший телевізійний репортаж з кос­мосу. Чорні і білі миші повинні були «показати» можли­вість мутаційних змін, а мухи правили за об'єкт генетич­них досліджень, зокрема вивчався вплив випромінювання космосу на спадковість комах. Клаптики шкіри людини й кролика, що також подорожували на кораблі, повинні були після приживлення дати відповідь на питання щодо мож­ливих змін у стані білка.

Після завершення програми досліджень, розрахованої на одну добу, і одержання даних про життєдіяльність тва­рин і функціонування боргової системи супутника на 18 витку було подано команду на його спуск з орбіти. Системи керування і гальмова установка забезпечили спуск ко­рабля в заданий район, за 10 км від розрахункової точки. Корабель успішно пройшов земну атмосферу (теплозахист витримав випробування вогнем) і разом з капсулою з кос­мічними пасажирами, що відокремилась від нього, успіш­но приземлився.

Це було перше в історії космонавтики повернення жи­вих істот з космосу. Всі пасажири добре перенесли пере­вантаження, невагомість та інші фактори космічного по­льоту. Запуск та успішне повернення другого корабля-супутника на Землю, позитивні результати біологічного екс­перименту ще не могли дати дозволу на політ людини за межі планети. Ось чому перед польотом людини було ви­конано ще три аналогічних запуски кораблів-супутників. Метою їх було дальше відпрацювання конструкції корабля-супутника та всіх встановлених на ньому систем, забез­печення необхідних умов польоту людини в космос та її повернення на Землю.

1 грудня 1960 p. було запущено третій корабель-супут­ник. Для виконання медико-біологічних досліджень в умо­вах космічного простору в кабіні корабля знаходились со­баки Пчолка і Мушка та інші тварини, комахи, рослини. Телевізійна апаратура забезпечувала спостереження за станом і поведінкою тварин, а телеметричні системи пере­давали на Землю об'єктивні покази про їх стан. За допо­могою науково-експериментальної апаратури було прове­дено ряд наукових досліджень з фізики космосу.

Передані на Землю результати випробувань підтверди­ли, що протягом усього польоту системи кондиціонування повітря, терморегулювання, зв'язку та інші працювали на­дійно і впевнено. По одержанні необхідних даних після

17 витків корабель почав знижуватись. Але оскільки спуск проходив не по розрахунковій траєкторії, то, ввійшовши в густі шари атмосфери, корабель-супутник згорів.

9 березня 1961 p. на орбіту виведено четвертий кора­бель-супутник. У кабіні його були собака Чорнушка й інші біологічні об'єкти та манекен космонавта. Після виконан­ня наміченої програми, зробивши один виток навколо зем­ної кулі, четвертий космічний корабель приземлився в за­даному районі. В результаті одержано додаткові дані про роботу конструкції корабля і його систем та про характер впливу умов польоту на живі організми.

П'ятий космічний корабель-супутник виведено на орбі­ту 25 березня 1961 p. з собакою Звьоздочкою й іншими біо­логічними об'єктами та манекеном космонавта. Програма передбачала один виток корабля навколо Землі. Незабаром він приземлився в заданому районі.

Запуск п'ятого корабля-супутника був останнім конт­рольним експериментом перед польотом у космос людини [15, 41]. Запуски п'яти космічних кораблів-супутників підготували наступний етап у розвитку космонавтики — проникнення людини в космічний простір, що сталося 12 квітня 1961 p., її безпечний політ та благополучне повер­нення.